星用雙極型器件帶電粒子輻照效應(yīng)及損傷機(jī)理.pdf

1、本文在分析軌道環(huán)境參數(shù)、地面模擬試驗(yàn)因素等影響的基礎(chǔ)上，應(yīng)用不同能量質(zhì)子、電子、Br離子及 Co-60?射線作為輻照源，研究了國產(chǎn) NPN型晶體管(3DG112D、3DG130D)、PNP晶體管(3CG130D)及TTL集成電路(54LS86)的輻照效應(yīng)和性能退化規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，揭示了雙極型晶體管的電離效應(yīng)、位移效應(yīng)及電離和位移協(xié)同效應(yīng)的機(jī)制，給出了雙極型晶體管電離損傷量化模型，并提出了基于器件敏感區(qū)NIEL的位移損傷等效模擬試驗(yàn)方法

2、。
　　研究結(jié)果表明，在相同的輻照源種類、粒子能量及通量條件下，不同雙極型晶體管與集成電路的電性能參數(shù)退化趨勢相類似，均隨輻照注量的增加而加劇。不同雙極型晶體管對輻照損傷的敏感性可通過相同性能參數(shù)(如電流增益)進(jìn)行比較。輻照通量在所選擇的范圍內(nèi)對雙極型器件的電性能退化影響不大，而高通量1MeV電子輻照會(huì)加劇雙極型集成電路的某些電性能參數(shù)(如54LS86器件的VOH)的退化。
　　通過分析雙極型晶體管輻照損傷的性能退化規(guī)律及單

3、位注量入射粒子的電離吸收劑量 Di和位移吸收劑量 Dd，提出了 Dd/(Dd+Di)作為判定輻照粒子產(chǎn)生位移損傷能力大小的參數(shù)。入射粒子在器件敏感區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的Dd/(Dd+Di)越大，造成的位移損傷越嚴(yán)重，器件的電性能退化越易呈現(xiàn)位移損傷的特征。在此基礎(chǔ)上，基于敏感區(qū) NIEL的位移吸收劑量等效方法，可將多種輻照粒子造成的位移損傷進(jìn)行歸一化。
　　通過70keV和110keV電子及70keV質(zhì)子輻照試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)晶體管受到電離損傷

4、時(shí)，其電流增益的倒數(shù)隨輻照注量的增加而增加且逐漸趨于飽和狀態(tài)。在相同的輻照注量下，不同種類和能量的入射粒子對雙極型晶體管產(chǎn)生不同的電離損傷程度，主要是由于入射粒子的電離損傷能力不同。通過理論計(jì)算與性能退化規(guī)律分析可知，單位注量入射粒子所導(dǎo)致的電離輻射吸收劑量越大，對雙極型晶體管造成的電離損傷程度越小。
　　基于輻照過程中雙極型晶體管偏置條件的影響分析可見，偏置條件對電離損傷和位移損傷的影響程度不同。當(dāng)發(fā)射結(jié)電壓正偏時(shí)，耗盡層寬度變

5、窄，受電離效應(yīng)的影響變?nèi)?，?dǎo)致電離損傷程度較小；反之，反偏會(huì)使電離損傷程度加大。偏置條件不會(huì)對位移損傷導(dǎo)致的體缺陷造成較大的影響，使位移損傷受偏置的影響較小。但在發(fā)射結(jié)正偏時(shí)，由于電荷的注入，會(huì)使基區(qū)內(nèi)的體損傷發(fā)生退火效應(yīng)。
　　從質(zhì)子和電子綜合輻照試驗(yàn)及器件模擬分析兩方面，揭示出雙極型晶體管呈現(xiàn)電離和位移協(xié)同效應(yīng)的機(jī)理。研究結(jié)果表明，170keV質(zhì)子和110keV(或70keV)電子綜合輻照時(shí)，位移損傷是決定雙極型晶體管電性能退

6、化的主導(dǎo)機(jī)制，而電離效應(yīng)會(huì)對位移效應(yīng)起到退火和加劇兩種作用。電離效應(yīng)可在 Si體內(nèi)產(chǎn)生光電流并鈍化一部分位移效應(yīng)導(dǎo)致的體缺陷，造成位移損傷的退火；電離效應(yīng)在氧化物層內(nèi)產(chǎn)生的正電荷及 Si/SiO2界面處的界面態(tài)，會(huì)使表面復(fù)合電流峰向體內(nèi)移動(dòng)，導(dǎo)致對體復(fù)合電流的影響增強(qiáng)，加劇位移損傷效應(yīng)。并且，NPN型和PNP型雙極型器件的電離和位移協(xié)同效應(yīng)變化趨勢一致。
　　基于空間輻射環(huán)境參數(shù)計(jì)算、地面模擬試驗(yàn)結(jié)果及輻照損傷效應(yīng)分析，提出了用于